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Tipo: Tese
Título: Mecanismos moleculares de resistência em enterobactérias e avaliação de uma nova abordagem terapêutica
Autor(es): Silva, Kesia Esther da
Primeiro Orientador: Simionatto, Simone
metadata.dc.contributor.advisor-co1: Baker, Stephen
metadata.dc.contributor.referee1: Croda, Julio Henrique Rosa
metadata.dc.contributor.referee2: Negrão, Fábio Juliano
metadata.dc.contributor.referee3: Ribeiro, Suzana Meira
Resumo: O aumento de casos de infecção hospitalar causada por enterobactérias multirresistentes, constitui um grande desafio para a Saúde Pública e um problema de grandes proporções para o tratamento de pacientes hospitalizados em Unidades de Terapia Intensiva (UTIs). A identificação dos mecanismos genéticos envolvidos na resistência e a busca de novas terapias para o tratamento têm grandes implicações no aperfeiçoamento de medidas de redução e contenção da disseminação de microrganismos multirresistentes. O objetivo desse estudo foi caracterizar os mecanismos de resistência à polimixina em enterobactérias envolvidas em surtos de infecção hospitalar através do sequenciamento do genoma desses isolados, associando a dados clínicos e epidemiológicos dos pacientes. Além disso, o estudo avaliou a atividade antimicrobiana de um peptídeo antisense frente a uma cepa multirresistente, buscando contribuir na contenção da disseminação destas cepas. Durante Setembro/2015 a Fevereiro/2017, foram obtidos 53 isolados de enterobactérias com perfil de resistência a polimixina, coletadas de dois hospitais brasileiros. Destas cepas, 30 foram identificadas como Klebsiella pneumoniae e submetidas ao sequenciamento do genoma. O resultado revelou que o gene blaKPC foi o principal gene de resistência identificado, seguido de blaSHV, blaTEM, blaCTX-M e blaOXA. Outros genes que conferem resistência a aminoglicosídeos, fluoroquinolonas, sulfonamidas, tetraciclinas, trimetoprim e macrolídeos também foram detectados. Todos os isolados apresentaram alta similaridade genética (acima de 96%) e a resistência a polimixina foi atribuída a três mecanismos envolvendo a inativação do gene mgrB, incluindo a inativação por sequências de inserção (IS) e mutações pontuais sem sentido. Foi identificada em seis cepas uma sequência de inserção de 80 pb que resulta na duplicação de 26 aminoácidos da proteína MgrB. Esta é a primeira observação deste tipo de alteração causando resistência à polimixina. A caracterização da resistência a polimixina também foi realizada em isolados de Klebsiella aerogenes, nesse estudo nove cepas foram isoladas de pacientes admitidos em UTIs. Foi observada uma expansão clonal dos isolados e os dados de sequenciamento de genoma revelaram que as cepas foram agrupadas em dois grupos clonais. A análise genômica mostrou que a resistência à polimixina foi mediada por três mecanismos mutacionais distintos, incluindo alterações pontuais sem sentido e substituição de aminoácidos nas proteínas PhoP e PhoQ. Além disso, foi possível identificar uma mutação incomum no gene soxS resultando na codificação uma proteína truncada. Foi realizado um estudo caso-controle com 159 pacientes para explorar os potenciais fatores de risco associados à aquisição de cepas resistentes a polimixina em enterobactérias produtoras de carbapenemases isoladas de pacientes internados em UTIs adulto e neonatal, bem como descrever a mortalidade e as características clínicas dessas infecções. Nos pacientes adultos foram identificados diversos fatores de risco, incluindo insuficiência renal, uso de cateter urinário, procedimentos cirúrgicos, exposição a antibióticos carbapenêmicos e transferência entre alas hospitalares. Em neonatos uso de cateter venoso central foi o principal fator de risco identificado. A mortalidade foi significativamente maior em pacientes infectados com cepas resistentes à polimixina do que naqueles com cepas sensíveis à polimixina (p<0.01). O estudo dos fatores de risco também demonstrou que o uso de ventilação mecânica e exposição à polimixina estavam fortemente associados à mortalidade dos pacientes incluídos no estudo. Além disso, foi investigado in vitro o potencial antimicrobiano de um peptídeo anti-sentido (PNA) contra K. pneumoniae produtora de KPC. O PNA inibiu o crescimento bacteriano na concentração de 50 μM, com redução de 96,7% da amplificação do gene 16s. O PNA apresentou baixa atividade hemolítica nas concentrações necessárias para matar as bactérias e as análises de bioinformática demonstraram que a estrutura do PNA exibe boa estabilidade conformacional em fluidos biológicos. Com base nos resultados obtidos neste estudo, conclui-se que a identificação dos mecanismos genéticos envolvidos na resistência antimicrobiana e a identificação de fatores de risco específicos envolvidos na aquisição desses microrganismos são importantes na busca de estratégias inovadoras para o controle dessas cepas, bem como para o desenvolvimento de novas abordagens terapêuticas para o tratamento dessas infecções.
Abstract: The increase of hospital infections caused by multidrug-resistant Enterobacteriaceae is a major challenge for Public Health and a main problem for the treatment of patients hospitalized in Intensive Care Units (ICUs). The identification of genetic mechanisms involved in bacterial resistance and the search for new therapies have major implications in the reduction and control of multidrug-resistant strains. The objective of this study was to characterize the resistance mechanisms to polymyxin in Enterobacteriaceae involved in outbreaks by genome sequencing, associating clinical and epidemiological data of the patients. In addition, the study evaluated the antimicrobial activity of an antisense peptide against a multidrug-resistant strain, seeking to contribute in the control of the dissemination of these strains. During September/2015 to February/2017, 53 strains of Enterobacteriaceae with polymyxin-resistance profile were isolated from two Brazilian hospitals. Of these strains, 30 were identified as Klebsiella pneumoniae and submitted to genome sequencing. The results revealed that the blaKPC gene was the main resistance gene identified, followed by blaSHV, blaTEM, blaCTX-M and blaOXA. Other genes that confer resistance to aminoglycosides, fluoroquinolones, sulfonamides, tetracyclines, trimethoprim and macrolides were also detected. All isolates showed high genetic similarity and polymyxin resistance was attributed to three mechanisms involving inactivation of the mgrB gene, including inactivation by insertion sequences (IS) and point mutations. An 80 bp insertion sequence was identified in six strains which results in duplication of 26 amino acids of the MgrB protein. This is the first observation of this type of change causing polymyxin resistance. The characterization of polymyxin resistance was also performed in Klebsiella aerogenes isolates, in this study nine strains were isolated from patients admitted to ICUs. A clonal expansion of the isolates was observed and the genome sequencing data revealed that strains were clustered into two clonal clusters. Genomic analysis showed that polymyxin resistance was mediated by three distinct mutational mechanisms, including nonsense point changes and amino acid substitution in PhoP and PhoQ proteins. In addition, we identify an unusual mutation in the soxS gene resulting in a truncated protein. A case-control study was conducted with 159 patients to explore the potential risk factors associated with the acquisition of polymyxin-resistant strains producing carbapenemases isolated from patients in adult and neonatal ICUs, as well as to describe the mortality and clinical characteristics of these patients’ infections. In adult patients, several risk factors were identified, including renal failure, urinary catheter use, surgical procedures, exposure to carbapenem and transfer between hospital wards. In neonates, use of central venous catheter was the main risk factor identified. Mortality was significantly higher in patients infected with polymyxin-resistant strains than in those with polymyxin-sensitive strains (p<0.01). The study of risk factors also showed that use of mechanical ventilation and polymyxin exposure were strongly associated with the mortality of patients included in the study. In addition, the antimicrobial potential of an antisense peptide (PNA) against KPC-producing K. pneumoniae was investigated in vitro. PNA inhibited bacterial growth at 50 μM, with a 96.7% reduction in 16s gene amplification. PNA showed low hemolytic activity at concentrations necessary to kill bacteria and bioinformatics analyzes demonstrated that the PNA structure exhibits good conformational stability in biological fluids. Based on these results, it is concluded that the identification of the genetic mechanisms involved in antimicrobial resistance and the identification of specific risk factors are important in the search for innovative strategies for the control of these strains, as well as for the development of new therapeutic approaches for the treatment of these infections.
Palavras-chave: Enterobacteriaceae
Resistência a polimixina
Polymyxin resistance
Sequenciamento completo do genoma
Whole genome sequencing
Fatores de risco
Risk factors
CNPq: CNPQ::CIENCIAS DA SAUDE::MEDICINA::CLINICA MEDICA::DOENCAS INFECCIOSAS E PARASITARIAS
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal da Grande Dourados
Sigla da Instituição: UFGD
metadata.dc.publisher.department: Faculdade de Ciências da Saúde
metadata.dc.publisher.program: Programa de pós-graduação em Ciências da Saúde
Citação: SILVA, Kesia Esther da. Mecanismos moleculares de resistência em enterobactérias e avaliação de uma nova abordagem terapêutica. 2019. 155 f. Tese (Doutorado em Ciências da Saúde) – Faculdade de Ciências da Saúde, Universidade Federal da Grande Dourados, Dourados, MS, 2019.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://repositorio.ufgd.edu.br/jspui/handle/prefix/1070
Data do documento: 3-Mai-2019
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